劉 陽

（江西省煤田地質(zhì)局普查綜合大隊(duì)，江西南昌330000）

1 概述

目前，地?zé)嶙鳛橛猛緩V泛的綜合性礦產(chǎn)資源和潛力巨大的清潔能源[1-4]，其勘探開發(fā)利用日益升溫。地?zé)峥碧降哪繕?biāo)是建立熱構(gòu)造模型、流體流動模型和貯集構(gòu)造模型。為了查明貯集熱水的場所、熱水溫度、壓力及性質(zhì)和貯集層供給的熱水量，最終構(gòu)建以下模型來達(dá)到地?zé)峥辈榈哪康腫6]：①熱構(gòu)造模型：熱源位置和種類（包括火山分布、火山活動史和巖漿活動）、地下溫度分布；②流體流動模型：地下流體流動構(gòu)造（各地層、斷裂透水情況）、流體性質(zhì)；③貯集構(gòu)造：貯集層的種類、位置、形狀（包括基巖構(gòu)造、斷裂構(gòu)造、多孔質(zhì)裂隙巖體分布構(gòu)造、火山巖分布）。

本文主要研究內(nèi)容是，通過結(jié)合可控源音頻大地電磁法、磁法和氡濃度測量三種物探方法，查明敦煌市城區(qū)及外圍地?zé)豳Y源在南北方向上的分布規(guī)律，探求及擴(kuò)大地?zé)豳Y源儲量，為敦煌市城區(qū)及外圍地?zé)豳Y源的綜合利用和開發(fā)與保護(hù)地?zé)豳Y源提供及其所必須的物探資料。同時說明該種技術(shù)在查明熱儲地層、局部構(gòu)造分布情況、斷裂構(gòu)造破碎帶與熱儲存儲空間等內(nèi)容的應(yīng)用效果。本文研究方法對于開展深部地?zé)峥辈榈木_定位具有一定的指導(dǎo)意義。

2 區(qū)域地質(zhì)與地?zé)岱治?/h2>

2.1 區(qū)域地質(zhì)及熱儲情況

研究區(qū)位于敦煌市城區(qū)至鳴沙山一帶，構(gòu)造位置

屬敦煌盆地五墩深凹西南邊部，區(qū)內(nèi)地層由新至老，主要有第四系（Q）、新近系（N）、中生界侏羅系（J）、太古宇—古元古界敦煌巖群（ArPtD）。第四系（Q）為一套河湖相松散沉積物，無膠結(jié)，據(jù)鉆孔揭露，敦煌盆地南邊緣厚度250~300m，水溫17℃~23℃，地溫梯度1.5℃~2.0℃/100m，為良好蓋層；新近系（N）為一套濱海相碎屑巖沉積，地表無出露，據(jù)鉆孔揭露，敦煌盆地底部第四系地層之下普遍伏有新近系地層，厚度300m左右，巖性主要為淺桔紅色泥質(zhì)砂巖、泥質(zhì)粉砂巖和泥質(zhì)砂礫巖等，為第一熱儲層，在一定條件下起到蓋層作用，熱儲具有孔隙度大、滲透率高、水量較大的特點(diǎn)，但水溫較低，為主要的熱儲層；中生界侏羅系（J）為一套淺海相碎屑巖夾灰?guī)r和火山巖沉積，地表無出露，據(jù)太陽溫泉酒店地?zé)峋衣?，厚度大?400m，下伏于新近系之下，巖性主要有上統(tǒng)粉細(xì)砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、礫巖和中下統(tǒng)粉細(xì)砂巖、礫巖、泥巖、粉砂巖，為第二熱儲層；太古宇—古元古界敦煌巖群（ArPtD）為一套中深變質(zhì)碎屑巖夾大理巖及多層中基性火山巖，厚度大于2882m。分布于研究區(qū)南側(cè)三危山一帶，地層呈近東西向展布，亦是敦煌盆地基底的組成部分。巖性特征為一套深變質(zhì)的雜巖，主要巖性有片麻巖、斜長角閃巖、透輝石巖、石英片巖、大理巖和黑云母石英片巖等，推斷為第三熱儲層，水量極貧乏，以干熱巖為主。

2.2 研究區(qū)地?zé)岣拍钅Ｐ?/h3>

結(jié)合本區(qū)地?zé)嵫芯砍晒耙汛虺傻牡責(zé)峋Y料，敦煌五墩地?zé)岙惓５某梢驗(yàn)槌练e盆地型地?zé)岙惓?，屬中低溫地?zé)崽?，地?zé)崽锛嬗袑訝顭醿蛶顭醿μ卣?，彼此存在成生關(guān)系。

根據(jù)上述區(qū)域場特征推斷，地下水受盆地南部山前隱伏壓扭性斷裂及盆地基地?cái)嗔训膶?dǎo)熱作用及以深循環(huán)熱水為載體的熱源加熱，形成熱水儲存于熱儲層中，其容納了大量的熱能。新生代及第四系巨厚的沉積地層，特別是巨厚的泥質(zhì)沉積層阻斷了熱水向淺部運(yùn)移的通道，形成良好的熱儲蓋層，為敦煌五墩地?zé)岙惓５男纬商峁┝肆己玫臈l件。

3 綜合地球物理勘查方法

3.1 地球物理方法選擇依據(jù)

研究區(qū)地?zé)豳Y源類型上屬于中低溫沉積盆地型，地?zé)崽锍Ｑ卮笮蛯?dǎo)熱構(gòu)造呈帶狀分布。這些構(gòu)造及其所控制的地層結(jié)構(gòu)在深部區(qū)域往往比較復(fù)雜，綜合利用多種方法從不同角度來研究同一對象能更好地接近實(shí)際，獲得對地下構(gòu)造更全面的認(rèn)識。

根據(jù)收集到的以往測井資料，新近系地層電阻率值為5~50Ω·m，并且電阻率值主要出于40Ω·m以下，電性特征為穩(wěn)定的低阻值，侏羅系地層相對新近系地層顯著升高，在有測井?dāng)?shù)據(jù)地段顯示電阻率值為50~130Ω·m，電性特征為變化范圍較大的中低阻值，詳見表1。

表1 電性參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

結(jié)合上文所述，沉積盆地型地?zé)豳Y源一般需要具備三個基本條件：導(dǎo)熱導(dǎo)水?dāng)嗔选醿ιw層及熱儲層。綜合考慮野外施工效益，本次綜合地球物理研究采用可控源音頻大地電磁法、氡氣測量法和磁法進(jìn)行，以可控源音頻大地電磁測深為主導(dǎo)，劃分地層，確定深部構(gòu)造位置，結(jié)合氡氣測量和磁法勘探對斷裂水平位置的控制，最后綜合水文地質(zhì)和鉆孔等資料推斷研究區(qū)熱儲空間分布范圍及流體流動方式。

3.2 地球物理方法工作布置

綜合地球物理方法的野外布設(shè)可控源剖面和測氡剖面位置一致，以地?zé)峋疄橹行牟荚O(shè)十字形剖面，先進(jìn)行南北向剖面測深，選擇有利部位開展東西剖面測深，可控源設(shè)計(jì)測深點(diǎn)距100~200m，重點(diǎn)工作區(qū)測深點(diǎn)距控制在50m以內(nèi)，頻率范圍0.125~8192Hz，放射性常規(guī)測氡法剖面測量點(diǎn)距20m；另外，在重點(diǎn)區(qū)域布設(shè)了面積性氡氣測量，網(wǎng)度50m×20m，并在全區(qū)布設(shè)了磁法掃面，點(diǎn)距為80m。

4 綜合推斷解釋

4.1 磁法資料解譯

研究區(qū)新生代和中生代沉積地層，基本無磁性或弱磁性，侵入巖主要為花崗巖和花崗閃長巖，具有一定的磁性。本次應(yīng)用磁法測量主要是發(fā)揮該方法在斷裂識別和識別巖體的特性。為了減小斜磁化的影響，對本次野外磁數(shù)據(jù)預(yù)處理后獲得的ΔT磁異常進(jìn)行化磁極處理，從化磁極等值線異常圖（圖1）可以看出：磁異常總體走向呈南北向，異常具有東西分塊的特征，存在兩個明顯的高磁異常區(qū)：圖1中A區(qū)和B區(qū)，推測與侵入巖有關(guān)。

圖1 研究區(qū)化磁極異常等值線圖

為了進(jìn)一步討論區(qū)內(nèi)磁異常特征，接下來對磁異常Z⊥分別向上延拓50m、100m、200m和400m處理，如圖2所示，隨著延拓高度的增加，A區(qū)高磁異常逐漸縮小，表明引起A區(qū)異常的磁性源埋深較淺，推測為侵入巖引起；B區(qū)散亂高磁異常逐漸向東南方向偏移，且異常范圍和幅值緩慢減小，表明B區(qū)磁性源埋深較深，深部向東南方向延伸，推測為侵入巖和結(jié)晶基底隆起引起。

圖2 研究區(qū)化磁極異常向上延拓圖（延拓高度A：50m；B：100m；C：200m；D：400m）

本次磁法利用了水平總梯度模（HD）和解析信號振幅（AS）法、斜導(dǎo)數(shù)（TI）法和斜導(dǎo)數(shù)水平梯度（TIHD）法。

對上延50m的化極磁異常進(jìn)行邊界識別計(jì)算，結(jié)果如圖3所示，識別出了兩條明顯的斷裂F1和F2，為了獲得可靠的結(jié)果，還需結(jié)合其他地球物理資料進(jìn)行綜合討論。

圖3 研究區(qū)化磁極異常邊界識別圖

4.2 可控源剖面與氡氣測量剖面資料解譯

可控源音頻大地電磁法測量在地?zé)崴辈橹芯哂泄ぷ餍矢?、勘探深度大、勘探環(huán)境適用范圍寬的特點(diǎn)?？梢匀Χǖ?zé)岙惓７秶蜔醿w的空間分布、確定地?zé)崽锏幕灼鸱半[伏斷裂的空間展布、確定地?zé)嵛g變帶、圈定地下水的賦存位置。

經(jīng)過對視電阻率和頻率二維反演，1線和2線的二維反演結(jié)果及解譯如圖4所示，并將其與氡氣測量結(jié)果對應(yīng)分析。研究區(qū)為城區(qū)，電磁干擾較為嚴(yán)重，推斷1號剖面反演結(jié)果中的淺層電阻率高值受其影響。結(jié)合地質(zhì)、鉆探及物探資料分析，推斷剖面淺部高阻部分推斷為第四系地層，厚度約300m；剖面南端電干擾相對較弱，反演后可見中深部電阻率相對較低，推斷低阻體為第三系地層，厚度約700m；剖面深部電阻率最低，推斷為侏羅系地層的電性反映，由于地層厚度過大，超出探測深度范圍，在剖面中未見侏羅系地層底板界面。1號線剖面向北靠近S314國道地段電干擾顯著增強(qiáng)，剖面北段從淺部至深部均受到強(qiáng)烈干擾，僅底部顯示低阻特征，根據(jù)以往地質(zhì)資料，本研究區(qū)地層產(chǎn)狀較穩(wěn)定，綜合推斷剖面北段中深部同為第三系及侏羅系地層。在剖面3300處，可見中深部電阻率等值線呈縱向較密集分布，兩側(cè)電阻率為低阻和中阻，電阻率差異顯著，推斷此處存在一處斷裂構(gòu)造F2；在剖面2600~3300段，可見電阻率等值線呈橫向縱向較密集分布，兩側(cè)電阻率為低阻、中阻、高阻呈復(fù)雜分布，推斷推斷此處存在一斷裂構(gòu)造F1。

圖4 剖面反演結(jié)果圖

由氡濃度剖面可見，主要以偏高值或背景值分布為主，局部地段出現(xiàn)了明顯異常。氡異常主要分布在剖面平距1799~1975m和2117~2410m段。其中，平距1799~1975m段，峰值達(dá)6541Bq/m3，此地為綠化地，澆灌后土壤濕度大，對比平面等值線圖，此地氡濃度屬于正常范圍，判斷此異常由濕度影響。2117~2410m段，氡濃度曲線為雙峰型，峰值都為6119Bq/m3，異常區(qū)在S314以北果園區(qū)，對比平面等值線圖，此地氡濃度屬于異常范圍，結(jié)合氡氣及其子體運(yùn)移規(guī)律可知，斷裂經(jīng)過位置和巖體內(nèi)裂隙發(fā)育部位是氡氣及其子體運(yùn)移的有利通道。根據(jù)氡濃度1號剖面推斷：此異常由深部斷裂構(gòu)造F1引起。平距3300處，氡氣濃度屬于異常范圍，曲線表現(xiàn)為雙峰夾一谷，此曲線特征即為斷裂構(gòu)造表現(xiàn)，推斷此異常為F2斷裂構(gòu)造引起。

2號剖面反演結(jié)果可以看出：淺部電阻率較高的部分推斷為第四系地層，厚度約為300m；中深部電阻率較低的部分推斷為第三系地層，厚度約為700m；第三系地層以下為侏羅系地層，剖面內(nèi)各地層厚度自西向東厚度逐漸增大，由于厚度過大，超出探測深度，在剖面內(nèi)未見侏羅系地層底板界面。

在剖面4500處可見等值線呈密集分布，兩側(cè)電阻率為低阻和中高阻特征，電阻率值差異明顯，推斷此處為斷裂構(gòu)造F2在此處與2號線相交。在剖面3500處可見等值線呈縱向分布，兩側(cè)電阻率為低阻和中阻特征，電阻率值具有一定差異，結(jié)合磁測數(shù)據(jù)推斷，此處存在一斷裂構(gòu)造為F2。

由氡濃度剖面圖可見，剖面主要以偏高值或背景值分布為主，在平距4500處出現(xiàn)一寬緩偏高值，推斷由深部斷裂F2引起；3300處表現(xiàn)為連續(xù)的多個氡濃度異常峰值，結(jié)合電阻率等值線圖推斷此異常為斷裂構(gòu)造F1引起；在平距6000處，可見氡濃度曲線表現(xiàn)為兩峰夾一谷特征，根據(jù)此標(biāo)志性曲線推斷此處存在一斷裂構(gòu)造F3，在電阻率等值線上表現(xiàn)為橫向特征，等值線密集。其余地段僅少量峰值達(dá)異常界線，均值未超過異常界線，綜合考慮不作為異常。

4.3 土壤氡濃度面積測量資料解譯

為了進(jìn)一步確定斷裂位置，在完成土壤氡濃度剖面測量后，立刻展開了氡濃度面積測量工作，根據(jù)本次土壤氡濃度測量統(tǒng)計(jì)異常下限，圈定3個異常帶。氡氣來源于深部地質(zhì)體，構(gòu)造破碎帶及裂隙發(fā)育地帶為氡氣運(yùn)移提供了有利通道，出現(xiàn)局部增高。根據(jù)氡氣面積測量資料綜合推斷在工作區(qū)東北部，氡氣高值串珠狀異常處存在隱伏斷裂構(gòu)造F1，斷裂構(gòu)造走向?yàn)楸蔽鞣较颉?/p>

4.4 綜合資料解譯

在運(yùn)用可控源音頻大地電磁測深、磁法測量和土壤氡濃度測量對研究區(qū)地?zé)徇M(jìn)行綜合勘查后，綜合地球物理成果資料，利用EncomPA對研究區(qū)可控源反演剖面和化磁極異常進(jìn)行三維展示，見圖5。由三維展示圖可以看出，由磁法推斷的斷裂F1和F2的深部延伸情況可由可控源反演剖面確定，斷裂呈北西走向，F(xiàn)1斷裂傾向往南逐漸變緩，F(xiàn)2為近垂直斷裂，F(xiàn)1和F2斷裂控制了局部構(gòu)造的發(fā)育，在斷裂兩側(cè)，存在A區(qū)和B區(qū)兩處高磁異常，推測A區(qū)為侵入巖引起，B區(qū)與結(jié)晶基底隆起有關(guān)，因此可以推測夾于其間的新近系地層為地?zé)豳Y源有利區(qū)域。

圖5 研究區(qū)地球物理三維成果圖

5 結(jié)論

通過對地?zé)嵫芯繀^(qū)進(jìn)行綜合地球物理研究，獲得以下結(jié)論：

（1）通過對所收集的各種資料及多種物探方法數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，建立了區(qū)內(nèi)地球物理資料—地質(zhì)資料推斷解釋依據(jù)。綜合推斷解釋了F1、F2、F3三條隱伏斷裂構(gòu)造。

（2）經(jīng)過反演處理，并結(jié)合地質(zhì)、鉆探、物探、測井等資料綜合分析，推斷出了第四系底板埋深、第三系底板埋深。

（3）綜合分析可控源反演剖面、磁異常邊界識別結(jié)果和氡濃度異常，并進(jìn)行三維結(jié)果展示，F(xiàn)1斷裂傾向往南逐漸變緩，F(xiàn)2為近垂直斷裂，斷裂呈北西走向，F(xiàn)1和F2斷裂控制了局部構(gòu)造的發(fā)育，是良好的熱水運(yùn)移通道，在斷裂兩側(cè)，A區(qū)侵入巖與B區(qū)結(jié)晶基底隆起為地?zé)崽峁┝肆己玫膬Υ姝h(huán)境，因此可以推測夾于其間的新近系地層為地?zé)豳Y源有利區(qū)域。